基于力等价结构的复杂超静定结构求解新方法研究

超静定结构内力计算是结构力学课程学习的重点和难点,当超静定次数较多时,采用传统方法计算时难度极大且不易理解。本文总结提出了力等价结构思想,力等价结构与原结构在内力、变形上完全等价,基于该思想提出了复杂超静定结构内力计算的新方法,并将其应用到位移法、混合法求解多次超静定的复杂结构算例中。通过与传统方法对比,验证了所提力等价结构思想的可行性。所提方法可大大降低复杂超静定结构基本未知量的数目,简化计算过程,提高求解效率。

     

非线性材料杆系结构的内力求解

随着科技的发展,已研发出了许多非线性材料,这些非线性材料组成的结构已在工程实际中得到了广泛应用.本文研究了静不定非线性材料结构杆件内力的求解这一关键问题.利用非线性材料结构余能及静力平衡条件,构造了新泛函数,对新泛函数进行一阶求导,即可方便求得静不定非线性材料结构杆件的内力.同时,指出了非线性材料杆系结构的内力求解时存在漏解的原因:结构材料的应力与应变本构关系为非线性幂函数,把结构余能对杆系的内力求一阶偏导,令所得到的位移方程等于零,该方程为一元二次方程,应有两个实数解,而有关文献却遗漏了一个实数解.     

M_p图与(M)_1图选用不同基本结构的力法分析1)

在传统的结构力学力法教学中,无论是力法基本方程的建立还是方程中系数和自由项的求解,都要求在同一基本结构上进行.本文通过实例计算和比较,采用公式叠加原理分析了当M_p图与M_1图分别选自不同的基本结构时,力法基本方程的物理意义以及计算过程的科学意义.结果显示在力法计算中,基于不同的基本结构求解超静定问题,可简化力法的计算过程.用本文方法开展教学,有利于学生对力法的深入理解和掌握.     

垂直轴风机的结构受力分析及其优化

风力发电机的应力分析是保障其安全运行乃至结构设计的基础．垂直轴风机的支撑结构一般都是超静定的,主要承受风载及高速旋转引起的离心力,因此对风轮重量有严格的要求．在结构总体设计时必须先对其进行力学分析,并进行受力优化,才能进行详细的零部件设计,数值分析往往只在设计基本定型后才能进行．一些风机在大风时发生飞车事故,其原因都是因为结构受力不合理导致关键部位应力过大或强度不足所引发的．本文针对垂直轴风机叶片和支撑系统,首先对支点位置进行优化,并推导出叶片、支撑杆、斜拉索等的受力公式,为此类部件的设计提供广适性的力学方法,并对垂直轴风机的一些关键安全性问题进行讨论．     

无约束反对称静不定刚架截面相对位移的解法

从虚功原理出发,重点讨论了在求解无约束反对称静不定刚架截面相对位移时,单位载荷状态的构造方法与原则,可以启发教师和学生在进行该部分内容的讲授与练习时,从本质上理解并灵活运用单位载荷法.     

Multiple force identification for complex structures

This paper presents a method for determining force histories using experimentally measured responses. It is based on a recursive reformulation of the governing equations in conjunction with a general finite element program, this latter aspect making it applicable to complex structures. It can determine multiple isolated (uncorrelated) force histories as well as distributed pressures and tractions and allows for the data collected to be of dissimilar type. As a demonstration of the method and of its scalability, force reconstructions for an impacted shell and an impacted plate are determined using accelerometer and strain gage data.     

杆件修改与去除及内力变更时杆系结构分析的矩阵力法

采用矩阵力法，引入假想初位移的概念，用原始结构在外荷载与某一组假想初位移联合作用下的效应，来替代部分杆件被修改、去除及内力变更的新结构胡该外荷载作用下的效应。这种方法的计算可以仅涉及被修改、去除及内力变更的那部分杆件，并且利用原始结构的计算成果来分析新结构，无须按常规方法从头开始再计算一篇。在许多情况下，这种做法的工作量有可能成倍地甚至几十倍地大幅度减少。文中附有算例，计算结果表明本文提出的简捷计算方法是正确的、可靠的和有效的。     

高层建筑结构抗震弹塑性简化方法的研究及其应用

以地震反应谱理论为依据，建立了可以考虑多阶振型影响的高层建筑结构弹塑性静力分析方法。在此基础上发展了较简单且较为精确的高层建筑结构弹塑性地震反应计算方法。最后给出的算例论证了本文简化方法的可能性及可行性。     

Flow structures and force characteristics for flat plate in oscillatory flows withKc number from 2 to 40 and in combined flows

The evolution of wake structures and variation of the forces on a flat plate in harmonic oscillatory and in-line combined flows are obtained numerically by improved discrete vortex method. For the oscillatory oncoming flow cases, wyenKc number varies from 2 to 40, the vortex pattern changes from a “harmonic wave” shaped (in a range of smallKc number) to a slight inclined “harmonic wave” shaped (in a range of moderateKc numbers), then to inclined vortex clusters with an angle of 50° to the oncoming flow direction (atKc=20), at last, asKc number becomes large, the vortex pattern is like a normal Karman vortex street. The well predicted drag and inertia force coefficients are obtained, which are more close to the results of Keulegan & Carpenter's experiment as compared with previous vortex simulation by other authors. The existence of minimum point of inertia force coefficientC _m nearKc=20 is also well predicted and this phenomenon can be interpreted according to the vortex structure. For steady-oscillatory in-line combined flow cases, the vortex modes behave like a vortex street, exhibit a “longitudinal wave” structure, and a vortex cluster shape corresponding to the ratios ofU _m toU ₀ which are ofO (10⁻¹)O(1) andO(10), respectively. The effect on the prediction of forces on the flat plate from the disturbance component in a combined flow has been demonstrated qualitatively. In addition to this, the lock in phenomenon of vortex shedding has been checked. The project supported by National Natural Science Foundation of China & LNM, Institute of Mechanics, CAS     

转换矩阵在非线性材料杆系分析中的应用

证明了在杆系中,力的转换矩阵与位移的转换矩阵互为转置矩阵,当静不定非线性杆系静力平衡方程确定,而变形协调条件难以确定时,利用转置矩阵可以方便求得静不定非线性杆系的内力及有关节点位移.非线性材料杆系应力-应变关系 σ=Bε1/n中的幂n=2时,非线性材料静不定桁架有可能存在两个解;而采用常规方法求解静不定非线性杆系内力时...     

概念力学分析中的延拓方法

在概念力学分析基本方法如动因素法、主响应法和极端形态界定法等基础上发展了延拓分析的方法, 亦即以分析对象的一个概念力学基本分析模型为出发点, 通过不断延拓的分析过程来达到解决一系列具有工程实际意义问题的目的. 给出了管道有暖流通过时管壁的内力与变形分析和多层框架在均匀温降或楼面载荷作用下的弯矩分析等两个实际分析案例. 揭示了如何在延拓分析过程中结合运用概念力学分析的其他基本方法以取得突破, 并进而确定结构受力响应基本形态的过程.     

带弹簧支撑超静定结构位移的简化计算方法

针对带有弹性支撑的超静定结构的位移计算问题, 对利用虚功原理得到的位移计算一般公式进行了进一步推导, 提出了该类结构位移的简化计算方法. 文中计算公式表达形式简洁, 且与一般刚性支撑超静定结构的位移计算方法一致. 通过与有限元分析结果的对比,证明了该公式的正确性.     

The applications of generalized variational principles in nonlinear structural analysis

This paper discusses the generalized variational principles founded by thetechnique of Lagrangian multipliers in structural mechanics and analyzes the nonlinearstatically indeterminate structures.It is assumed that the stress-strain relationship ofthe materials of structures has the form ofσ=Bε~(1/m)orτ=Cγ~(1/m),namely,thephysical equations of structures have the shape of exponential functions.Severalexamples are given to illustrate the statically indeterminate structures such as thetrusses,beams,frames and torsional bars.     

A method of adjusting bar-length of statically indeterminate truss for increasing its load capacity

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｈｅｎａｓｔａｔｉｃａｌｌｙｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅｔｒｕｓｓｈａｓａｌｏｗｅｒｌｏａｄｃａｐａｃｉｔｙｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓｏｆｂａｒｓ,ｉｔｄｏｅｓｎ’ｔｌａｙｉｎｇｏｏｄｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｅ.Ｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙ ,ｃｒｏｓｓ＿ｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｓｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎ…     

基于径向基函数的加权最小二乘无网格法

径向基函数插值是一种新型的无网格插值方法,具有形式简单、空间维数无关等优点.这种插值方法具有δ函数的性质,易于满足本质边界条件,且插值函数的导数求解过程比通常的移动最小二乘插值(MLS)简单,精度也较高.另一方面,通过加权最小二乘法离散控制方程不需要积分,具有效率高,精度高等优点.本文试图将两者的优点结合起来,发展一种...     

空间曲线索的平衡方程及单索几何判定

空间曲线索平衡方程可在理想柔索假定的基础上进行推导,也可以由空间曲线梁平衡方程退化得到。本文给出后者的连续化分析过程并进行了初步的讨论,目的在于将空间曲线索的各种力学模型统一起来。采用理想柔索假定后单索只能是平面曲线,自然坐标系和整体直角坐标系下平面曲线索的平衡方程是等价的。同时,针对以往单索连续化分析中几何判定的不足,基于空间曲线的弧长独立参数概念,指出单根理想柔索本质上为静不定和动不定体系。     

基面力元法(BFEM)的研究及应用进展

从高玉臣院士提出的基面力概念出发,针对一种基于基面力概念的新型有限元法—基面力元法BFEM(Base Force Element Method)的研究及应用进行综述.分析结果表明:基面力元法的计算所得结果与理论解吻合较好,基于余能原理的基面力元法较传统平面4节点等参元(Q4单元)具有较高的计算性能;在高度几何非线性分析中,基于余能原理的基面力元法较平面4节点减缩积分单元(Q4R单元)也具有一些优势;基面力元法列式推导简单,是有限元方法的一种新思路,具有较好的应用前景.     

基于残余力向量法和改进遗传算法的结构损伤识别研究

提出了一种基于残余力向量法和改进遗传算法的结构损伤识别方法。文中首先对残余力向量法和遗传算法的基本理论进行了介绍。在无噪声的情况下,使用任意一阶模态数据,残余力向量法都能够对损伤进行准确定位。但是,振动测试数据中往往包含噪声,导致运用残余力向量法进行损伤识别完全不可行。考虑到这个问题,在常规模态分析的基础上,以节点的残余力向量构造用于遗传搜索优化的目标函数形式,然后利用改进的遗传算法重点进行了噪声条件下的结构损伤定位和定量研究。最后,本文用一个平面桁架模型进行了数值模拟,验证了所提出方法的有效性,并对方法应用中存在的一些问题进行了深入分析,得出了一些有益的结论。     

Liquid bridge force between two unequal-sized spheres or a sphere and a plane

Liquid bridge force acting between wet particles is an important property in particle characterization. This paper deals with liquid bridge force between either two unequal-sized spherical particles or a sphere and a flat plate under conditions where gravitational effect arising from bridge distortion is negligible. In order to calculate the force of the liquid bridge efficiently and accurately, expressions of liquid configuration and liquid bridge force were derived by building a mechanical model, which assumes the liquid bridge to be circular in shape between either two unequal-sized spheres or a sphere and a plane. To assess the accuracy of the numerical results of the calculated liquid bridge forces, they were compared to the published experimental data.